JP6460869B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semi-conductor device.
従来、ソース電極層を有するセル部と、ゲートパッド電極層を有するゲートパッド部とを備え、ソース電極層及びゲートパッド電極層がツェナーダイオードを介して接続されている半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a semiconductor device that includes a cell portion having a source electrode layer and a gate pad portion having a gate pad electrode layer, and the source electrode layer and the gate pad electrode layer are connected via a Zener diode ( For example, see
従来の半導体装置900は、図13に示すように、半導体基体910の一方の表面に形成されたソース電極層928(第1電極層)を有するセル部R1と、半導体基体910の一方の表面に形成されたゲートパッド電極層940を有するゲートパッド部R2とを備える。ゲートパッド部R2の外縁には、ゲートパッド部R2の外縁に沿って形成され、ソース電極層928と電気的に接続されているn型の第1半導体層951と、ゲートパッド部R2の外縁に沿って、かつ、第1半導体層951のゲートパッド部R2側に形成され、ゲートパッド電極層940と電気的に接続されているn型の第2半導体層952と、第1半導体層951及び第2半導体層952の間に形成されたp型の第3半導体層953とを有するツェナーダイオード950が形成され、ソース電極層928及びゲートパッド電極層940が、ツェナーダイオード950を介して接続されている。なお、ツェナーダイオード950は、ゲートパッド部R2の外縁を構成する四角形形状のうちの4辺に対応する領域に形成されており、フィールド絶縁層938を介して半導体基体910の表面に形成されている。
As shown in FIG. 13, a
従来の半導体装置900によれば、ソース電極層928とゲートパッド電極層940とがツェナーダイオード950を介して接続されているため、静電気が生じたときにセル部R1におけるゲート絶縁層976にかかる電圧を低くすることが可能となり、ESD耐量を大きくすることが可能となる。
According to the
ところで、近年、半導体装置の技術の分野において、電子機器の小型化に対する要求を満たす半導体装置が求められている。しかしながら、このような要求を満たすために、従来の半導体装置900において、半導体装置の中でツェナーダイオード950が占める平面積を小さくすると、ツェナーダイオード950のpn接合面積が小さくなることに起因してツェナーダイオード950を流れる電流量が小さくなるため、静電気が生じたときにゲート絶縁層976にかかる電圧が高くなり、ESD耐量が小さくなるという問題がある。
Incidentally, in recent years, in the field of semiconductor device technology, there is a demand for a semiconductor device that satisfies the demand for downsizing of electronic equipment. However, in order to satisfy such a requirement, in the
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、半導体装置の中でツェナーダイオードが占める平面積を従来よりも小さくした場合であってもESD耐量が従来よりも小さくなり難い半導体装置を提供することを目的とする。また、そのような半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and even when the planar area occupied by the Zener diode in the semiconductor device is made smaller than the conventional one, the ESD resistance is unlikely to be smaller than the conventional one. An object is to provide a semiconductor device. Moreover, it aims at providing the manufacturing method of the semiconductor device for manufacturing such a semiconductor device.
[1]本発明の半導体装置は、半導体基体の一方の表面に形成された第1電極層を有するセル部と、前記半導体基体の一方の表面に形成されたゲートパッド電極層を有するゲートパッド部とを備え、前記ゲートパッド部の外縁の少なくとも一部には、前記ゲートパッド部の外縁に沿って形成され、前記第1電極層と電気的に接続されている第1導電型の第1半導体層と、前記ゲートパッド部の外縁に沿って、かつ、前記第1半導体層の前記ゲートパッド部側に形成され、前記ゲートパッド電極層と電気的に接続されている第1導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層及び前記第2半導体層の間に形成された第2導電型の第3半導体層とを有するツェナーダイオードが形成され、前記第1電極層及び前記ゲートパッド電極層が、前記ツェナーダイオードを介して接続されている半導体装置であって、前記半導体装置は、前記ゲートパッド部の外縁とは垂直な方向に沿って前記半導体基体にトレンチが形成されたトレンチ領域、及び、前記トレンチが形成されていない非トレンチ領域が前記ゲートパッド部の外縁に沿って交互に形成された凹凸構造を有し、前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層は、前記凹凸構造全体にわたって連続して形成され、前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の上面の高さ位置が、前記トレンチ領域においても、前記半導体基体の一方の表面の高さ位置よりも高いことを特徴とする。 [1] A semiconductor device of the present invention includes a cell portion having a first electrode layer formed on one surface of a semiconductor substrate and a gate pad portion having a gate pad electrode layer formed on one surface of the semiconductor substrate. A first conductive type first semiconductor formed at least part of the outer edge of the gate pad portion along the outer edge of the gate pad portion and electrically connected to the first electrode layer A first conductivity type second layer formed on the gate pad portion side of the first semiconductor layer along the outer edge of the gate pad portion and electrically connected to the gate pad electrode layer. A Zener diode having a semiconductor layer and a second conductive type third semiconductor layer formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is formed, and the first electrode layer and the gate pad electrode layer are formed. But the Zena A semiconductor device connected via a diode, wherein the semiconductor device includes a trench region in which a trench is formed in the semiconductor substrate along a direction perpendicular to an outer edge of the gate pad portion, and the trench The non-trench regions that are not formed have a concavo-convex structure formed alternately along the outer edge of the gate pad portion, and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer include the concavo-convex structure. The height positions of the upper surfaces of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are continuously formed throughout, and the height position of one surface of the semiconductor substrate is also the trench region. It is characterized by being higher than.
[2]本発明の半導体装置においては、前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記トレンチの最底部の高さ位置までの長さは、前記トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の上面の高さ位置までの長さ、及び、前記非トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の上面の高さ位置までの長さ、のどちらよりも長いことが好ましい。 [2] In the semiconductor device of the present invention, the length from the height position of one surface of the semiconductor substrate to the height position of the bottom of the trench is the length of one surface of the semiconductor substrate in the trench region. The length from the height position to the height position of the upper surface of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer, and the height position of one surface of the semiconductor substrate in the non-trench region It is preferable that the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are longer than any of the lengths up to the height position of the upper surface.
[3]本発明の半導体装置においては、前記ツェナーダイオードにおいては、前記第3半導体層と前記第2半導体層との間に、前記第3半導体層側に形成された第1導電型の第4半導体層及び前記第2半導体層側に形成された第2導電型の第5半導体層からなる組が前記ゲートパッド部の外縁とは垂直な方向に沿って1組以上形成されていることが好ましい。 [3] In the semiconductor device of the present invention, in the Zener diode, a fourth first conductivity type formed on the third semiconductor layer side between the third semiconductor layer and the second semiconductor layer. It is preferable that at least one set of the semiconductor layer and the second conductive type fifth semiconductor layer formed on the second semiconductor layer side is formed along a direction perpendicular to the outer edge of the gate pad portion. .
[4]本発明の半導体装置においては、前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記トレンチの最底部の高さ位置までの長さは、前記トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第4半導体層及び前記第5半導体層の上面の高さ位置までの長さ、及び、前記非トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第4半導体層及び前記第5半導体層の上面の高さ位置までの長さ、のどちらよりも長いことが好ましい。 [4] In the semiconductor device of the present invention, the length from the height position of one surface of the semiconductor substrate to the height position of the bottom of the trench is the length of one surface of the semiconductor substrate in the trench region. The length from the height position to the height position of the upper surface of the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer, and the height position of one surface of the semiconductor substrate in the non-trench region, the fourth semiconductor layer And the length to the height position of the upper surface of the fifth semiconductor layer is preferably longer.
[5]本発明の半導体装置においては、前記トレンチの幅は、0.3μm〜0.7μmの範囲内にあることが好ましい。 [5] In the semiconductor device of the present invention, the width of the trench is preferably in the range of 0.3 μm to 0.7 μm.
[6]本発明の半導体装置においては、前記半導体装置は、前記セル部に、前記半導体基体の一方の表面に形成されたゲートトレンチの内部にゲート絶縁層を介して埋め込まれたゲート電極層を有するトレンチ型の半導体装置であり、前記トレンチの深さと前記ゲートトレンチの深さとが同じであることが好ましい。 [6] In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor device includes a gate electrode layer embedded in a gate trench formed on one surface of the semiconductor substrate via a gate insulating layer in the cell portion. It is preferable that the depth of the trench and the depth of the gate trench are the same.
[7]本発明の半導体装置においては、前記半導体装置は、前記セル部に、前記半導体基体上にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極層を有するプレーナー型の半導体装置であり、前記セル部におけるゲート電極層の厚さと、前記非トレンチ領域における前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の厚さとが同じであることが好ましい。 [7] In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor device is a planar type semiconductor device having a gate electrode layer formed on the semiconductor substrate via a gate insulating layer in the cell portion, and the cell Preferably, the thickness of the gate electrode layer in the portion and the thickness of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer in the non-trench region are the same.
[8]本発明の半導体装置においては、前記ゲート電極層、前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層は、一括して形成されたポリシリコン層にそれぞれ第1導電型不純物又は第2導電型不純物を導入することによって形成されたものであることが好ましい。 [8] In the semiconductor device of the present invention, each of the gate electrode layer, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer has a first conductivity type in a polysilicon layer formed in a lump. It is preferably formed by introducing an impurity or a second conductivity type impurity.
[9]本発明の半導体装置の製造方法は、[1]〜[8]のいずれかに記載の半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、ゲートパッド部の外縁の少なくとも一部に前記ゲートパッド部を形成する予定の領域の外縁とは垂直な方向に沿って半導体基体にトレンチを形成することにより、前記トレンチが形成されたトレンチ領域及び前記トレンチが形成されていない非トレンチ領域が前記ゲートパッド部の外縁に沿って交互に形成された凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、前記凹凸構造全体にわたって連続して、かつ、前記トレンチ領域においても、上面の高さ位置が、半導体基体の一方の表面の高さ位置よりも高くなるようにポリシリコン層を形成した後、前記ゲートパッド部の外縁に沿って前記ポリシリコン層の所定の領域にそれぞれ第1導電型不純物又は第2導電型不純物を導入することにより前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層を有するツェナーダイオードを形成するツェナーダイオード形成工程とをこの順序で含むことを特徴とする。 [9] A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of [1] to [8], in which at least one of the outer edges of the gate pad portion. Forming a trench in the semiconductor substrate along a direction perpendicular to the outer edge of the region where the gate pad portion is to be formed, and a non-trench in which the trench is formed and in which the trench is not formed The concavo-convex structure forming step for forming the concavo-convex structure in which the regions are alternately formed along the outer edge of the gate pad portion, and the height position of the upper surface is continuous throughout the concavo-convex structure and also in the trench region. After forming the polysilicon layer so as to be higher than the height position of one surface of the semiconductor substrate, the polysilicon layer is disposed along the outer edge of the gate pad portion. Forming a Zener diode having the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer by introducing a first conductivity type impurity or a second conductivity type impurity into each of the regions; It is characterized by including in this order.
本発明の半導体装置によれば、第1半導体層、第2半導体層及び第3半導体層が凹凸構造全体にわたって連続して形成され、かつ、第1半導体層、第2半導体層及び第3半導体層の上面の高さ位置が、トレンチ領域においても半導体基体の一方の表面の高さ位置よりも高いため、半導体基体の一方の表面の高さ位置から各半導体層の上面までの間だけでなく、トレンチ内にもpn接合が形成されることとなる。従って、半導体装置の中でツェナーダイオードが占める平面積を従来よりも小さくした場合であっても、ツェナーダイオードのpn接合面積が従来よりも小さくならないため、ツェナーダイオードを流れる電流量が小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層にかかる電圧が高くなり難い。その結果、本発明の半導体装置は、半導体装置の中でツェナーダイオードが占める平面積を従来よりも小さくした場合であってもESD耐量が従来よりも小さくなり難い半導体装置となる。 According to the semiconductor device of the present invention, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are continuously formed over the entire uneven structure, and the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are formed. Since the height position of the upper surface of the semiconductor substrate is higher than the height position of one surface of the semiconductor substrate also in the trench region, not only between the height position of one surface of the semiconductor substrate to the upper surface of each semiconductor layer, A pn junction is also formed in the trench. Therefore, even when the planar area occupied by the Zener diode in the semiconductor device is smaller than the conventional area, the pn junction area of the Zener diode is not smaller than the conventional area, so that the amount of current flowing through the Zener diode is difficult to be reduced. When static electricity occurs, the voltage applied to the gate insulating layer is difficult to increase. As a result, the semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which the ESD resistance is less likely to be smaller than that in the past even when the planar area occupied by the Zener diode in the semiconductor device is smaller than that in the past.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、凹凸構造全体にわたって連続して、かつ、トレンチ領域においても、上面の高さ位置が半導体基体の一方の表面の高さ位置よりも高くなるようにポリシリコン層を形成した後、ゲートパッド部の外縁に沿ってポリシリコン層の所定の領域にそれぞれ第1導電型不純物又は第2導電型不純物を導入することにより第1半導体層、第2半導体層及び第3半導体層を有するツェナーダイオードを形成するツェナーダイオード形成工程を含むため、製造される半導体装置においては、半導体基体の一方の表面の高さ位置から各半導体層の上面までの間だけでなく、トレンチ内にもツェナーダイオードのpn接合が形成されることとなる。従って、半導体装置の中でツェナーダイオードが占める平面積を従来よりも小さくした場合であっても、ツェナーダイオードのpn接合面積が従来よりも小さくならないため、ツェナーダイオードを流れる電流量が小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層にかかる電圧が高くなり難い。その結果、半導体装置の中でツェナーダイオードが占める平面積を従来よりも小さくした場合であってもESD耐量が従来よりも小さくなり難い半導体装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the polyhedral structure is formed so that the height position of the upper surface is higher than the height position of one surface of the semiconductor substrate continuously throughout the entire concavo-convex structure and also in the trench region. After forming the silicon layer, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer are introduced by introducing a first conductivity type impurity or a second conductivity type impurity into predetermined regions of the polysilicon layer along the outer edge of the gate pad portion, respectively. In order to include a Zener diode forming step of forming a Zener diode having a third semiconductor layer, in the manufactured semiconductor device, not only from the height position of one surface of the semiconductor substrate to the upper surface of each semiconductor layer, A pn junction of a Zener diode is also formed in the trench. Therefore, even when the planar area occupied by the Zener diode in the semiconductor device is smaller than the conventional area, the pn junction area of the Zener diode is not smaller than the conventional area, so that the amount of current flowing through the Zener diode is difficult to be reduced. When static electricity occurs, the voltage applied to the gate insulating layer is difficult to increase. As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device in which the ESD resistance is less likely to be smaller than that in the past even when the planar area occupied by the Zener diode in the semiconductor device is smaller than that in the past.
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、ツェナーダイオード形成工程においては、不純物が拡散しやすいポリシリコン層を形成した後、当該ポリシリコン層の所定の領域にそれぞれ第1導電型不純物又は第2導電型不純物を導入するため、トレンチの最底部付近まで第1導電型不純物又は第2導電型不純物を拡散することができ、トレンチの最底部にも、ツェナーダイオードのpn接合面を形成することができる。 Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, in the Zener diode forming step, after forming a polysilicon layer in which impurities are easily diffused, the first conductivity type impurity or the predetermined region in the polysilicon layer is formed. Since the second conductivity type impurity is introduced, the first conductivity type impurity or the second conductivity type impurity can be diffused to the vicinity of the bottom of the trench, and the pn junction surface of the Zener diode is also formed at the bottom of the trench. be able to.
以下、本発明の半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図に示す実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device of the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
[実施形態1]
1.実施形態1に係る半導体装置100の構成
実施形態1に係る半導体装置100は、図1に示すように、半導体基体110の一方の表面に形成されたソース電極層128(第1電極層)を有するセル部R1と、半導体基体110の一方の表面に形成されたゲートパッド電極層140を有するゲートパッド部R2とを備え、ソース電極層128及びゲートパッド電極層140がツェナーダイオード150を介して接続されている。
[Embodiment 1]
1. Configuration of
実施形態1に係る半導体装置100は、図1(a)に示すように、セル部R1を囲む位置に形成されたゲートフィンガー144をさらに備える。ゲートフィンガー144は、ゲートパッド電極層140と接続されている。
As illustrated in FIG. 1A, the
セル部R1は、図1(d)に示すように、第1導電型(n型)の低抵抗半導体層112と、低抵抗半導体層112上に形成されたn型のドリフト層114と、ドリフト層114の表面に形成された第2導電型(p型)のベース領域116と、ベース領域116を開口しドリフト層114に達して形成してなる複数のゲートトレンチ118と、ベース領域116内に配置されるとともに一部をゲートトレンチ118の内周面に露出させて形成してなるn型拡散領域(ソース領域120)と、ゲートトレンチ118の内周面に形成してなるゲート絶縁層122と、ゲート絶縁層122を介してゲートトレンチ118の内部に充填されてなるゲート電極層124と、ゲート電極層124とは層間絶縁層126を介して絶縁された状態でソース領域120及びベース領域116の表面に接して形成されているソース電極層128と、低抵抗半導体層112の表面に形成されたドレイン電極層130とを有する。ゲートトレンチ118の深さは、例えば1.2μmである。
As shown in FIG. 1D, the cell portion R1 includes a first conductivity type (n-type) low-
ゲートパッド部R2は、図1(a)に示すように、セル部R1の外縁からセル部R1側に張り出した状態で形成されている。ゲートパッド部R2の形状は、四角形形状である。ゲートパッド部R2は、図1(c)に示すように、低抵抗半導体層112と、低抵抗半導体層112上に形成されたドリフト層114と、ドリフト層114の表面に形成されたp型拡散領域134と、ドリフト層114上にフィールド絶縁層138を介して形成された導電体層136と、導電体層136の上方に層間絶縁層142を介して形成され、かつ、ゲート電極層124と電気的に接続されているゲートパッド電極層140とを有する。
As shown in FIG. 1A, the gate pad portion R2 is formed in a state of protruding from the outer edge of the cell portion R1 to the cell portion R1 side. The shape of the gate pad portion R2 is a quadrangular shape. As shown in FIG. 1C, the gate pad portion R2 includes a low-
ゲート電極層124、導電体層136及び後述する導電体層135,137は、ポリシリコンにn型不純物を導入することによって形成されたものである。ソース電極層128、ゲートパッド電極層140及びゲートフィンガー144はいずれも金属(例えば、アルミニウム)からなる。
The
実施形態1に係る半導体装置100においては、図1(b)及び図2に示すように、ゲートパッド部R2の外縁とは垂直な方向に沿って半導体基体110にトレンチ166が所定のピッチで互いに離間した状態で形成されており、実施形態1に係る半導体装置100は、トレンチ166が形成されたトレンチ領域162(図2(b)参照。)、及び、トレンチ166が形成されていない非トレンチ領域164(図2(c)参照。)がゲートパッド部R2の外縁に沿って交互に形成された凹凸構造160を有する。凹凸構造160の表面には絶縁層168が形成されている。
In the
トレンチ領域162の幅(トレンチ166の幅)は、例えば0.3μm〜0.7μmの範囲内にある。なお、上記範囲は、絶縁層168が形成されていないときのトレンチ領域162の幅の範囲である。
The width of the trench region 162 (the width of the trench 166) is, for example, in the range of 0.3 μm to 0.7 μm. Note that the above range is a range of the width of the
非トレンチ領域164の幅(隣り合うトレンチ166の間隔)は、短い方が好ましく、例えば、トレンチ領域162の幅よりも短い。
The width of the non-trench region 164 (the interval between adjacent trenches 166) is preferably shorter, for example, shorter than the width of the
トレンチ166の深さ(半導体基体110の一方の表面の高さ位置からトレンチ166の最底部までの深さ)は、絶縁層168によって埋まることがない適宜の深さとすることができ、例えば0.5μm〜2μmの範囲内にあり、好ましくは1.0μm〜1.5μmの範囲内にあり、例えば、1.2μmである。
The depth of the trench 166 (the depth from the height position of one surface of the
ツェナーダイオード150は、図1(a)に示すように、ゲートパッド部R2の外縁に沿って形成されている。具体的には、ゲートパッド部R2の外縁を構成する四角形形状のうちの2辺に対応する領域に形成されており、ツェナーダイオードが当該四角形形状のうちの4辺に対応する領域に形成されている従来の半導体装置900(図13(a)参照。)より、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積が小さくなっている。
As shown in FIG. 1A, the
ツェナーダイオード150は、図1(c)に示すように、p型拡散領域134上に絶縁層168を介して形成されている。
As shown in FIG. 1C, the
ツェナーダイオード150は、図1(b)及び図1(c)に示すように、ゲートパッド部R2の外縁に沿って形成され、導電体層135を介してソース電極層128と電気的に接続されているn型の第1半導体層151と、ゲートパッド部R2の外縁に沿って、かつ、第1半導体層151のゲートパッド部R2側に形成され、導電体層137を介してゲートパッド電極層140と電気的に接続されているn型の第2半導体層152と、第1半導体層151及び第2半導体層152の間に形成されたp型の第3半導体層153とを有する。また、ツェナーダイオード150は、第3半導体層153と第2半導体層152との間に、第3半導体層153側に形成されたn型の第4半導体層154及び第2半導体層152側に形成されたp型の第5半導体層155からなる組がゲートパッド部R2の外縁とは垂直な方向に沿って1組形成されている。
As shown in FIGS. 1B and 1C, the
すなわち、ツェナーダイオード150は、セル部R1側からゲートパッド部R2側に向かって、n型の第1半導体層151、p型の第3半導体層153、n型の第4半導体層154、p型の第5半導体層155及びn型の第2半導体層152の順序で配列されている、いわゆるnpnpn構造のツェナーダイオードである。
That is, the
第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155は、図2に示すように、凹凸構造160全体にわたって連続して形成されている。従って、ツェナーダイオード150のpn接合面の面積は、トレンチがない場合のツェナーダイオードのpn接合面の接合面積よりも大きい。また、第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155の上面の高さ位置はいずれも、非トレンチ領域164においてだけでなく、トレンチ領域162においても、半導体基体110の一方の表面の高さ位置よりも高い。
As shown in FIG. 2, the
半導体基体110の一方の表面の高さ位置からトレンチ166の最底部の高さ位置までの長さは、トレンチ領域162における半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154又は第5半導体層155の上面の高さ位置までの長さ、及び、非トレンチ領域164における半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154又は第5半導体層155の上面の高さ位置までの長さ、のどちらよりも長い。
The length from the height position of one surface of the
ゲート電極層124、導電体層135,136,137、第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155は、一括して形成されたポリシリコン層(後述するポリシリコン層150’)の所定の領域にそれぞれn型不純物又はp型不純物を導入することによって形成されたものである。
The
2.実施形態1に係る半導体装置の製造方法
次に、実施形態1に係る半導体装置100を製造する方法(実施形態1に係る半導体装置の製造方法)を、各工程に沿って説明する。
2. Method for Manufacturing Semiconductor Device According to First Embodiment Next, a method for manufacturing the
(1)半導体基体110準備工程
まず、n型の低抵抗半導体層112と低抵抗半導体層112よりも低濃度のn型のドリフト層114とが積層された半導体基体110を準備する(図3(a−1)及び図3(a−2)参照。)。
(1) Preparation Step of
(2)p型拡散領域134形成工程
次に、p型拡散領域134に対応する領域に開口を有するマスク(図示せず。)を形成し、当該マスクを介してp型不純物(例えばボロン)をイオン注入してp型拡散領域134に対応する領域にp型不純物を導入する。
(2) Step of forming p-
次に、マスクを除去した後、酸素ガス含有雰囲気下において、半導体基体110の熱処理を行うことによりp型不純物の拡散化アニール処理を行ってp型拡散領域134を形成する。このとき、ドリフト層114及びp型拡散領域134の表面が熱酸化されて、フィールド絶縁層138が形成される。次に、セル部R1の全域及びゲートパッド部R2の所定の領域におけるフィールド絶縁層138をエッチングで除去する(図3(b−1)及び図3(b−2)参照。)。
Next, after removing the mask, the
(3)ゲートトレンチ118及び凹凸構造160形成工程
次に、ゲートパッド部R2を形成する予定の領域の外縁とは垂直な方向に沿って半導体基体110にトレンチ166を形成する。このことにより、トレンチ166が形成されたトレンチ領域162及びトレンチ166が形成されていない非トレンチ領域164がゲートパッド部R2の外縁に沿って交互に形成された凹凸構造160を形成する。
(3) Step of Forming
具体的には、まず、ゲートトレンチ118及びトレンチ166を形成する領域に対応する領域に開口を有するマスクM1を形成する。次に、マスクM1を用いてドリフト層114及びp型拡散領域134をエッチング法により開口してゲートトレンチ118及びトレンチ166を形成する(図3(c−1)及び図3(c−2)参照。)。
Specifically, first, a mask M1 having an opening in a region corresponding to a region where the
次に、マスクM1を除去し、酸素ガス含有雰囲気下において、半導体基体110の熱処理を行うことによりドリフト層114及びp型拡散領域134の表面を熱酸化して、セル部R1にゲート絶縁層122を形成するとともに、ゲートパッド部R2に絶縁層168を形成する(図3(d−1)及び図3(d−2)参照。)。
Next, the mask M1 is removed, and the surface of the
(4)ゲート電極層124及び導電体層136形成工程
次に、半導体基体110のゲートトレンチ118及びトレンチ166の内部を完全にポリシリコンで埋めることができるように第1主面側(一方の表面側)の全面に堆積法(CVD法、スパッタリング法等)によりポリシリコン層150’を形成する(図4(a−1)及び図4(a−2)参照。)。このとき、ポリシリコン層150’は、凹凸構造160全体にわたって連続して、かつ、トレンチ領域162においても、非トレンチ領域164の場合と同様に、上面の高さ位置が、半導体基体110の一方の表面の高さ位置よりも高くなる。
(4) Step of Forming
(5)ソース領域120、ベース領域116及びツェナーダイオード150形成工程
次に、ツェナーダイオード150を形成する予定の領域にマスクM2を形成した後、n型不純物(例えば、リン)を全面に導入する(図4(b−1)及び図4(b−2)参照。)。次に、マスクM2を除去した後、酸素ガス含有雰囲気下において、半導体基体110の熱処理を行うことによりn型不純物の活性化アニール処理を行ってゲート電極層124及び導電体層136’を形成する(図4(c−1)及び図4(c−2)参照。)。
(5) Step of forming
次に、セル部R1の全ての領域に対応する領域とゲートパッド部R2の所定の領域に対応する領域とが開口されたマスクM3を形成する。次に、エッチング法により、マスクM3を用いてゲート電極層124をエッチバックするとともに、導電体層136’の所定の領域を開口(図5(a−1)及び図5(a−2)参照。)して、導電体層135,136,137とする。
Next, a mask M3 is formed in which regions corresponding to all the regions of the cell portion R1 and regions corresponding to predetermined regions of the gate pad portion R2 are opened. Next, the
次に、マスクM3を除去した後、半導体基体110の熱酸化をすることにより、導電体層135,136,137、ポリシリコン層150’及びゲート電極層124の表面に、この後の工程において不純物のアウトディフュージョン(外方拡散)を防ぐための絶縁層139を形成する。
Next, after removing the mask M3, the
次に、セル部R1及びゲートパッド部R2の全域にp型不純物を導入する(図5(b−1)及び図5(b−2)参照。)。次に、酸素ガス含有雰囲気下においてp型不純物の活性化アニール処理を行ってベース領域116を形成する。このとき、ポリシリコン層150’はp型不純物が導入されている状態となる(ポリシリコン層150’’)。
Next, p-type impurities are introduced throughout the cell portion R1 and the gate pad portion R2 (see FIGS. 5B-1 and 5B-2). Next, a
次に、ソース領域120、第1半導体層151、第2半導体層152及び第4半導体層154に対応する領域に開口を有するマスクM4を形成し、マスクM4を用いてソース領域120、第1半導体層151、第2半導体層152及び第4半導体層154に対応する領域にn型不純物を導入する(図5(c−1)及び図5(c−2)参照。)。
Next, a mask M4 having an opening in a region corresponding to the
次に、マスクM4を除去した後、酸素ガス含有雰囲気下において、半導体基体110の熱処理を行うことによりn型不純物の活性化アニール処理を行ってソース領域120、ツェナーダイオード150の第1半導体層151、第2半導体層152及び第4半導体層154を形成する。このとき、ポリシリコン層150’のうちn型不純物が導入されなかった部分が、第3半導体層153及び第5半導体層155となる(図6(a−1)及び図6(a−2)参照。)。
Next, after removing the mask M4, the
(6)層間絶縁層126,142形成工程
次に、半導体基体110の第1主面側の全面にCVD法により例えば1000nmの厚さのPSGからなる絶縁層を形成する。次に、セル部R1においては、層間絶縁層126となる部分以外の部分、ゲートパッド部R2においては、第1半導体層151に接続されている導電体層135とソース電極層128とがコンタクトする部分、ゲートパッド電極層140に接続されている導電体層137と第2半導体層152とがコンタクトする部分及び導電体層136がゲートパッド電極層140とコンタクトする部分にそれぞれ開口を有するマスク(図示せず。)を形成し、当該マスクを用いてエッチング法により絶縁層を開口する(図6(b−1)及び図6(b−2)参照。)。このことにより層間絶縁層126,142を形成する。
(6) Formation Step of
(7)ソース電極層128及びゲートパッド電極層140形成工程
次に、半導体基体110の第1主面側の表面の上方からスパッタ法又は蒸着法によりアルミニウムからなる金属層を形成する。次に、ソース電極層128、ゲートパッド電極層140及びゲートフィンガー144となる領域以外の領域の金属層をエッチング法により除去して、ソース電極層128、ゲートパッド電極層140及びゲートフィンガー144を形成する。ソース電極層128、ゲートパッド電極層140及びゲートフィンガー144の厚さは例えば4μmとする。
(7) Step of Forming
次に、半導体基体110の第2主面側の表面(低抵抗半導体層112の表面)に、Ti−Ni−Auなどの多層金属膜からなる金属膜を成膜しドレイン電極層130を形成する(図6(c−1)及び図6(c−2)参照。)。
Next, a
以上の工程を実施することにより、実施形態1に係る半導体装置100を製造することができる。
By performing the above steps, the
3.実施形態1に係る半導体装置100及び半導体装置の製造方法の効果
実施形態1に係る半導体装置100によれば、第1半導体層151、第2半導体層152及び第3半導体層153(並びに第4半導体層154及び第5半導体層155)が凹凸構造160全体にわたって連続して形成され、かつ、第1半導体層151、第2半導体層152及び第3半導体層153(並びに第4半導体層154及び第5半導体層155)の上面の高さ位置が、トレンチ領域162においても半導体基体110の一方の表面の高さ位置よりも高いため、半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151、第2半導体層152及び第3半導体層153(並びに第4半導体層154及び第5半導体層155)の上面までの間だけでなく、トレンチ166内にもpn接合が形成されることとなる。従って、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりも小さくした場合であっても、ツェナーダイオード150のpn接合面積が従来よりも小さくならないため、ツェナーダイオード150を流れる電流量が小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層122にかかる電圧が高くなり難い。その結果、実施形態1に係る半導体装置100は、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりも小さくした場合であってもESD耐量が従来よりも小さくなり難い半導体装置となる。
3. Effects of
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、半導体基体110の一方の表面の高さ位置からトレンチ166の最底部の高さ位置までの長さは、トレンチ領域162における半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151及び第2半導体層152及び第3半導体層153の上面の高さ位置までの長さ、及び、非トレンチ領域164における半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151、第2半導体層152及び第3半導体層153の上面の高さ位置までの長さ、のどちらよりも長いため、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりもより一層小さくした場合であっても、ツェナーダイオード150のpn接合面積が従来よりも小さくならないため、ツェナーダイオード150を流れる電流量が確実に小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層122にかかる電圧が確実に高くなり難くなる。
Further, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、第3半導体層153と第2半導体層152との間に、第3半導体層153側に形成されたn型の第4半導体層154及び第2半導体層152側に形成されたp型の第5半導体層155からなる組がゲートパッド部R2の外縁とは垂直な方向に沿って1組形成されていることから、ツェナーダイオードがnpnpn型のツェナーダイオードとなり、ツェナーダイオードがnpn型のツェナーダイオードよりもツェナー電圧を高くすることができる。
In addition, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、半導体基体110の一方の表面の高さ位置からトレンチ166の最底部の高さ位置までの長さは、トレンチ領域162における半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第4半導体層154及び第5半導体層155の上面の高さ位置までの長さ、並びに、非トレンチ領域164における半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第4半導体層154及び第5半導体層155の上面の高さ位置までの長さ、のどちらよりも長いため、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりもより一層小さくした場合であっても、ツェナーダイオード150のpn接合面積が従来よりも小さくならないため、ツェナーダイオード150を流れる電流量がより確実に小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層122にかかる電圧がより確実に高くなり難くなる。
Further, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、トレンチ166の幅が、0.3μm〜0.7μmの範囲内にあるため、ツェナーダイオード150を形成する過程において、トレンチ166の最深部までポリシリコンを充填することが可能となり、かつ、トレンチ166内全体をポリシリコンで埋めることが可能となる。
In addition, according to the
ここで、トレンチ166の幅(トレンチ領域162の幅)を0.3μm以上としたのは、トレンチ166の幅(トレンチ領域162の幅)を0.3μm未満とした場合には、ツェナーダイオード150を形成する過程において、トレンチ166の最深部までポリシリコンを充填することが難しいからであり、トレンチ166の幅(トレンチ領域162の幅)を0.7μm以下としたのは、トレンチ166の幅(トレンチ領域162の幅)が0.7μmを超える場合には、トレンチ166内全体をポリシリコンで埋めることが難しいからである。この観点からすれば、トレンチ166の幅(トレンチ領域162の幅)は、0.6μm〜0.65μmの範囲内にあることが好ましい。
Here, the width of the trench 166 (the width of the trench region 162) is set to 0.3 μm or more. When the width of the trench 166 (the width of the trench region 162) is less than 0.3 μm, the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、トレンチ166の深さとゲートトレンチ118の深さとが同じであるため、トレンチ166とゲートトレンチ118を一括して形成することが可能となる。よって、トレンチ166及びゲートトレンチ118を別々の工程で形成する場合と比較して生産性が高い半導体装置となる。
Further, according to the
また、実施形態1に係る半導体装置100によれば、ゲート電極層124、第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155、導電体層135,136,137は、一括して形成されたポリシリコン層150’の所定の領域にそれぞれn型不純物又はp型不純物を導入することによって形成されたものであるため、ポリシリコン層150’を別々の工程で形成する場合と比較して生産性が高い半導体装置となる。
Also, according to the
実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、凹凸構造160全体にわたって連続して、かつ、トレンチ領域162においても、上面の高さ位置が、半導体基体110の一方の表面の高さ位置よりも高くなるようにポリシリコン層150’を形成した後、ゲートパッド部R2の外縁に沿ってポリシリコン層150’の所定の領域にそれぞれn型不純物又はp型不純物を導入することにより第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153(並びに第4半導体層154及び第5半導体層155)を有するツェナーダイオード150を形成するツェナーダイオード形成工程を含むため、製造される半導体装置においては、半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153(並びに第4半導体層154及び第5半導体層155)の上面までの間だけでなく、トレンチ166内にもツェナーダイオード150のpn接合が形成されることとなる。従って、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりも小さくした場合であっても、ツェナーダイオード150のpn接合面積が従来よりも小さくならないため、ツェナーダイオード150を流れる電流量が小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層122にかかる電圧が高くなり難い。その結果、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりも小さくした場合であってもESD耐量が従来よりも小さくなり難い、半導体装置を製造することができる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the height position of the upper surface is higher than the height position of one surface of the
また、実施形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、ツェナーダイオード形成工程においては、不純物を拡散しやすいポリシリコン層150’を形成した後、当該ポリシリコン層150’の所定の領域にそれぞれn型不純物又はp型不純物を導入するため、トレンチ166の最底部付近までn型不純物又はp型不純物を拡散することができ、トレンチ166の最底部にも、ツェナーダイオード150のpn接合面を形成することができる。
In addition, according to the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, in the Zener diode formation step, after forming the
[実施形態2]
実施形態2に係る半導体装置101は、基本的には実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するが、ツェナーダイオードがnpnpnpn構造のツェナーダイオードである点が実施形態1に係る半導体装置100の場合と異なる。すなわち、実施形態2に係る半導体装置101におけるツェナーダイオード150aにおいては、図7に示すように、第3半導体層153と第2半導体層152との間に、第3半導体層153側に形成されたn型の第4半導体層及び第2半導体層152側に形成されたp型の第5半導体層からなる組がゲートパッド部R2の外縁とは垂直な方向に沿って2組形成されている。従って、実施形態2に係る半導体装置101においては、ツェナーダイオード150aは、セル部R1側からゲートパッド部R2側に向かって、第1半導体層151、第3半導体層153、第4半導体層154、第5半導体層155、第6半導体層156(2組目の第4半導体層)、第7半導体層157(2組目の第5半導体層)及び第2半導体層152の順序で配列されている。
[Embodiment 2]
The
このように、実施形態2に係る半導体装置101は、ツェナーダイオードがnpnpnpn構造のツェナーダイオードである点が実施形態1に係る半導体装置100の場合とは異なるが、第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154、第5半導体層155、第6半導体層156及び第7半導体層157が凹凸構造160全体にわたって連続して形成され、かつ、第1半導体層151、第2半導体層152及び第3半導体層153、第4半導体層154、第5半導体層155、第6半導体層156及び第7半導体層157の上面の高さ位置が、トレンチ領域162においても半導体基体110の一方の表面の高さ位置よりも高いため、半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154、第5半導体層155、第6半導体層156及び第7半導体層157の上面までの間だけでなく、トレンチ166内にもpn接合が形成されることとなる。従って、半導体装置の中でツェナーダイオード150aが占める平面積を従来よりも小さくした場合であっても、ツェナーダイオード150aのpn接合面積を従来よりも小さくしなくても済むため、ツェナーダイオード150aを流れる電流量が小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層122にかかる電圧が高くなり難い。その結果、実施形態2に係る半導体装置101は、半導体装置の中でツェナーダイオード150aが占める平面積を従来よりも小さくした場合であってもESD耐量が従来よりも小さくなり難い半導体装置となる。
As described above, the
また、実施形態2に係る半導体装置101によれば、ツェナーダイオード150aにおいては、第3半導体層153と第2半導体層152との間に、第3半導体層153側に形成されたn型の第4半導体層及び第2半導体層152側に形成されたp型の第5半導体層からなる組がゲートパッド部R2の外縁とは垂直な方向に沿って2組(第4半導体層154及び第5半導体層155の組、並びに、第6半導体層156及び第7半導体層157の組の2組)形成されているため、ツェナーダイオードがnpnpnpn型のツェナーダイオードとなり、ツェナー電圧をより一層高くすることができる。
In addition, according to the
なお、実施形態2に係る半導体装置101は、ツェナーダイオードがnpnpnpn構造のツェナーダイオードである点以外の点においては実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するため、実施形態1に係る半導体装置100が有する効果のうち該当する効果を有する。
The
[実施形態3]
実施形態3に係る半導体装置102は、基本的には実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するが、トレンチ型半導体装置ではなくプレーナー型半導体装置である点が実施形態1に係る半導体装置100の場合と異なる。すなわち、実施形態3に係る半導体装置102は、図8に示すように、セル部R1に、半導体基体110上にゲート絶縁層176を介して形成されたゲート電極層178を有するプレーナー型の半導体装置である。
[Embodiment 3]
The
実施形態3に係る半導体装置102において、セル部R1は、低抵抗半導体層112と、低抵抗半導体層112上に形成されたドリフト層114と、ドリフト層114の表面に形成されたp型のベース領域172と、ベース領域172の表面に形成されたn型拡散領域174と、n型拡散領域174とドリフト層114とに挟まれたベース領域172上においてゲート絶縁層176を介して形成されたゲート電極層178と、ゲート電極層178とは層間絶縁層180を介して絶縁された状態でn型拡散領域174及びベース領域172の表面に接して形成されたソース電極層128と、低抵抗半導体層112の表面に形成されたドレイン電極層130とを有する。
In the
実施形態3に係る半導体装置102において、セル部R1におけるゲート電極層178、ゲートパッド部R2における導電体層135,136,137、第1半導体層151、第2半導体層152及び第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155は、一括して形成されたポリシリコン層の所定の領域にそれぞれn型不純物又はp型不純物を導入することによって形成されたものである。従って、セル部R1におけるゲート電極層178の厚さは、非トレンチ領域164(図2(c)参照。)における第1半導体層151、第2半導体層152及び第3半導体層153、第4半導体層154、第5半導体層155及び導電体層135,136,137の厚さと同じ厚さである。
In the
このように、実施形態3に係る半導体装置102は、トレンチ型半導体装置ではなくプレーナー型半導体装置である点が実施形態1に係る半導体装置100の場合とは異なるが、第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155が凹凸構造160全体にわたって連続して形成され、かつ、第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155の上面の高さ位置が、トレンチ領域162においても半導体基体110の一方の表面の高さ位置よりも高いため、実施形態1に係る半導体装置100の場合と同様に、半導体基体110の一方の表面の高さ位置から第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154及び第5半導体層155の上面までの間だけでなく、トレンチ166内にもpn接合が形成されることとなる。従って、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりも小さくした場合であっても、ツェナーダイオード150のpn接合面積が従来よりも小さくならないため、ツェナーダイオード150を流れる電流量が小さくなり難く、静電気が生じたときにゲート絶縁層176にかかる電圧が高くなり難い。その結果、実施形態3に係る半導体装置102は、半導体装置の中でツェナーダイオード150が占める平面積を従来よりも小さくした場合であってもESD耐量が従来よりも小さくなり難い半導体装置となる。
As described above, the
また、実施形態3に係る半導体装置102によれば、セル部R1におけるゲート電極層178の厚さと、非トレンチ領域164における第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154、第5半導体層155及び導電体層135,136,137の厚さとが同じ厚さであるため、一括して形成されたポリシリコン層150’から、ゲート電極層178、第1半導体層151、第2半導体層152、第3半導体層153、第4半導体層154、第5半導体層155及び導電体層135,136,137をそれぞれ形成することができ、ポリシリコン層150’を別々の工程で形成する場合と比較して生産性が高い半導体装置となる。
In addition, according to the
なお、実施形態3に係る半導体装置102は、トレンチ型半導体装置ではなくプレーナー型半導体装置である点以外の点においては実施形態1に係る半導体装置100と同様の構成を有するため、実施形態1に係る半導体装置100が有する効果のうち該当する効果を有する。
The
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on said embodiment, this invention is not limited to said embodiment. The present invention can be implemented in various modes without departing from the spirit thereof, and for example, the following modifications are possible.
(1)上記実施形態において記載した構成要素の数、材質、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。 (1) The number, material, shape, position, size, and the like of the constituent elements described in the above embodiments are exemplifications, and can be changed within a range not impairing the effects of the present invention.
(2)上記各実施形態においては、ツェナーダイオードをゲートパッド部R2の外縁のうちの2辺に形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。ツェナーダイオードをゲートパッド部R2の外縁のうちの1辺に形成してもよい。この場合、半導体装置の中でツェナーダイオードが占める平面積を従来よりも小さくすることができるという効果を得ることができる。 (2) In each of the above embodiments, the Zener diodes are formed on the two sides of the outer edge of the gate pad portion R2, but the present invention is not limited to this. A Zener diode may be formed on one side of the outer edge of the gate pad portion R2. In this case, it is possible to obtain an effect that the plane area occupied by the Zener diode in the semiconductor device can be made smaller than before.
(3)上記各実施形態においては、ツェナーダイオードをゲートパッド部R2の外縁のうちの2辺に形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。ツェナーダイオードをゲートパッド部R2の外縁のうちの3辺以上に形成してもよい(図9の変形例1に係る半導体装置103参照。)。この場合、従来の半導体装置よりもツェナーダイオードの電流容量を大きくすることができ、その結果、ESD耐量を大きくすることができるという効果を得ることができる。
(3) In each of the above embodiments, the Zener diode is formed on two sides of the outer edge of the gate pad portion R2, but the present invention is not limited to this. Zener diodes may be formed on three or more sides of the outer edge of the gate pad portion R2 (see the
(4)上記実施形態1においては、第3半導体層153と第2半導体層152との間に、第4半導体層及び第5半導体層からなる組を1組形成し、上記実施形態2においては、当該組を2組形成したが、第3半導体層153と第2半導体層152との間に、当該組を3組以上形成してもよいし、当該組を形成しなくてもよい(図10の変形例2に係る半導体装置104参照。)。このように第4半導体層及び第5半導体層からなる組の数を調整することでツェナー電圧を調整することができる。
(4) In the first embodiment, one set of the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer is formed between the
(5)上記各実施形態においては、半導体装置としてMOSFETを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。半導体装置として、IGBT(図11の変形例3に係る半導体装置105及び図12の変形例4に係る半導体装置106参照。)、サイリスタ、トライアック等適宜の半導体装置を用いることができる。半導体装置としてIGBTを用いる場合には、図11及び図12で示すように、n型の低抵抗半導体層の代わりにp型の低抵抗半導体層112aを有し、ソース電極層の代わりにエミッタ電極層128aを有し、ドレイン電極層の代わりにコレクタ電極層130aを有する。
(5) In each of the above embodiments, a MOSFET is used as a semiconductor device, but the present invention is not limited to this. As the semiconductor device, an appropriate semiconductor device such as an IGBT (see the
(6)上記実施形態1及び2並びに変形例2及び3においては、トレンチ166とゲートトレンチ118とを一括して形成したが、トレンチ166とゲートトレンチ118とを別々に形成してもよい。
(6) In
(7)上記実施形態1及び2並びに変形例2及び3においては、トレンチ166の深さとゲートトレンチ118の深さとを同じ深さにしたが、トレンチ166の深さとゲートトレンチ118の深さとを別々の深さにしてもよい。
(7) In
100,101,102,103,104,105,106…半導体装置、110,110a…半導体基体、112,112a…低抵抗半導体層、114…ドリフト層、116,172…ベース領域、118…ゲートトレンチ、120,174…n型拡散領域(ソース領域、エミッタ領域)、122,176…ゲート絶縁層、124,178…ゲート電極層、128…ソース電極層、128a…エミッタ電極層、130…ドレイン電極層,130a…コレクタ電極層、134…p型拡散領域、135,136,137…導電体層、138…フィールド絶縁層、139,168…絶縁層、140…ゲートパッド電極層、126,142,180…層間絶縁層、144…ゲートフィンガー、150,150a,150b,150c…ツェナーダイオード、150’…ポリシリコン層、150’’…(p型不純物が導入された)ポリシリコン層、151,151b…第1半導体層、152,152b…第2半導体層、153,153b…第3半導体層、154,154b…第4半導体層、155,155b…第5半導体層、156…第6半導体層、157…第7半導体層、160…凹凸構造、162…トレンチ領域、164…非トレンチ領域、166…トレンチ、R1…セル部、R2…ゲートパッド部 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106 ... semiconductor device, 110, 110a ... semiconductor substrate, 112, 112a ... low resistance semiconductor layer, 114 ... drift layer, 116, 172 ... base region, 118 ... gate trench, 120, 174 ... n-type diffusion region (source region, emitter region), 122, 176 ... gate insulating layer, 124, 178 ... gate electrode layer, 128 ... source electrode layer, 128a ... emitter electrode layer, 130 ... drain electrode layer, 130a ... collector electrode layer, 134 ... p-type diffusion region, 135, 136, 137 ... conductor layer, 138 ... field insulating layer, 139, 168 ... insulating layer, 140 ... gate pad electrode layer, 126, 142, 180 ... interlayer Insulating layer, 144... Gate finger, 150, 150a, 150b, 150c... Zener die 150 ′... Polysilicon layer, 150 ″... Polysilicon layer (with p-type impurity introduced), 151 and 151b... First semiconductor layer, 152 and 152b... Second semiconductor layer, 153 and 153b. 3 semiconductor layers, 154, 154b ... fourth semiconductor layer, 155, 155b ... fifth semiconductor layer, 156 ... sixth semiconductor layer, 157 ... seventh semiconductor layer, 160 ... uneven structure, 162 ... trench region, 164 ... non-trench Region, 166 ... trench, R1 ... cell part, R2 ... gate pad part
Claims (7)
前記半導体基体の一方の表面に形成されたゲートパッド電極層を有するゲートパッド部とを備え、
前記ゲートパッド部の外縁の少なくとも一部には、前記ゲートパッド部の外縁に沿って形成され、前記第1電極層と電気的に接続されている第1導電型の第1半導体層と、前記ゲートパッド部の外縁に沿って、かつ、前記第1半導体層の前記ゲートパッド部側に形成され、前記ゲートパッド電極層と電気的に接続されている第1導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層及び前記第2半導体層の間に形成された第2導電型の第3半導体層とを有するツェナーダイオードが形成され、
前記第1電極層及び前記ゲートパッド電極層が、前記ツェナーダイオードを介して接続されている半導体装置であって、
前記半導体装置は、前記ゲートパッド部の外縁とは垂直な方向に沿って前記半導体基体にトレンチが形成されたトレンチ領域、及び、前記トレンチが形成されていない非トレンチ領域が前記ゲートパッド部の外縁に沿って交互に形成された凹凸構造を有し、
前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層は、前記凹凸構造全体にわたって連続して形成され、
前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の上面の高さ位置が、前記トレンチ領域においても、前記半導体基体の一方の表面の高さ位置よりも高い半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
前記ゲートパッド部の外縁の少なくとも一部に前記ゲートパッド部を形成する予定の領域の外縁とは垂直な方向に沿って前記半導体基体に前記トレンチを形成することにより、前記トレンチが形成された前記トレンチ領域及び前記トレンチが形成されていない前記非トレンチ領域が前記ゲートパッド部の外縁に沿って交互に形成された前記凹凸構造を形成する凹凸構造形成工程と、
前記凹凸構造全体にわたって連続して、かつ、前記トレンチ領域においても、上面の高さ位置が、前記半導体基体の一方の表面の高さ位置よりも高くなるようにポリシリコン層を形成した後、前記ゲートパッド部の外縁に沿って前記ポリシリコン層の所定の領域にそれぞれ第1導電型不純物又は第2導電型不純物を導入することにより前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層を有する前記ツェナーダイオードを形成するツェナーダイオード形成工程とをこの順序で含み、
前記セル部に形成されたゲート電極層、前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層は、一括して形成された前記ポリシリコン層にそれぞれ第1導電型不純物又は第2導電型不純物を導入することによって形成されたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A cell portion having a first electrode layer formed on one surface of the semiconductor substrate;
A gate pad portion having a gate pad electrode layer formed on one surface of the semiconductor substrate,
A first semiconductor layer of a first conductivity type formed along an outer edge of the gate pad portion and electrically connected to the first electrode layer on at least a part of the outer edge of the gate pad portion; A second semiconductor layer of a first conductivity type formed along the outer edge of the gate pad portion and on the gate pad portion side of the first semiconductor layer and electrically connected to the gate pad electrode layer; A Zener diode having a second conductivity type third semiconductor layer formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is formed;
The first electrode layer and the gate pad electrode layer are connected via the Zener diode,
In the semiconductor device, a trench region in which a trench is formed in the semiconductor substrate along a direction perpendicular to an outer edge of the gate pad portion, and a non-trench region in which the trench is not formed are outer edges of the gate pad portion. Having a concavo-convex structure formed alternately along
The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are formed continuously over the entire concavo-convex structure,
A semiconductor device is manufactured in which the height positions of the upper surfaces of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are higher than the height position of one surface of the semiconductor substrate also in the trench region. A method of manufacturing a semiconductor device for
The trench is formed by forming the trench in the semiconductor substrate along a direction perpendicular to an outer edge of a region where the gate pad portion is to be formed on at least a part of an outer edge of the gate pad portion. A concavo-convex structure forming step for forming the concavo-convex structure in which the trench region and the non-trench region where the trench is not formed are alternately formed along the outer edge of the gate pad portion;
After forming the polysilicon layer so that the height position of the upper surface is higher than the height position of one surface of the semiconductor substrate, continuously over the entire concavo-convex structure and also in the trench region, The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor are introduced by introducing a first conductivity type impurity or a second conductivity type impurity into predetermined regions of the polysilicon layer along the outer edge of the gate pad portion, respectively. A zener diode forming step of forming the zener diode having a layer in this order,
The gate electrode layer, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer that are formed in the cell portion are each formed with a first conductivity type impurity or a second impurity in the polysilicon layer that is collectively formed. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is formed by introducing conductive impurities.
前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記トレンチの最底部の高さ位置までの長さは、前記トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の上面の高さ位置までの長さ、及び、前記非トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の上面の高さ位置までの長さ、のどちらよりも長いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1 ,
The length from the height position of one surface of the semiconductor substrate to the height position of the bottommost portion of the trench is from the height position of one surface of the semiconductor substrate in the trench region to the first semiconductor layer, The first semiconductor layer and the second semiconductor from the length to the height position of the upper surface of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer and the height position of one surface of the semiconductor substrate in the non-trench region A method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that it is longer than both the layer and the length to the height position of the upper surface of the third semiconductor layer.
前記ツェナーダイオードにおいては、前記第3半導体層と前記第2半導体層との間に、前記第3半導体層側に形成された第1導電型の第4半導体層及び前記第2半導体層側に形成された第2導電型の第5半導体層からなる組が前記ゲートパッド部の外縁とは垂直な方向に沿って1組以上形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1 or 2 ,
In the Zener diode, the first conductive type fourth semiconductor layer formed on the third semiconductor layer side and the second semiconductor layer side are formed between the third semiconductor layer and the second semiconductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein at least one set of the second conductive type fifth semiconductor layers is formed along a direction perpendicular to the outer edge of the gate pad portion.
前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記トレンチの最底部の高さ位置までの長さは、前記トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第4半導体層及び前記第5半導体層の上面の高さ位置までの長さ、及び、前記非トレンチ領域における前記半導体基体の一方の表面の高さ位置から前記第4半導体層及び前記第5半導体層の上面の高さ位置までの長さ、のどちらよりも長いことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3 ,
The length from the height position of one surface of the semiconductor substrate to the height position of the bottom of the trench is from the height position of one surface of the semiconductor substrate in the trench region to the fourth semiconductor layer and the The length to the height position of the upper surface of the fifth semiconductor layer and the height of the upper surfaces of the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer from the height position of one surface of the semiconductor substrate in the non-trench region A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by being longer than either of the lengths to the position.
前記トレンチの幅は、0.3μm〜0.7μmの範囲内にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-4 ,
The width of the trench is in the range of 0.3 μm to 0.7 μm.
前記半導体装置は、前記セル部に、前記半導体基体の一方の表面に形成されたゲートトレンチの内部にゲート絶縁層を介して埋め込まれたゲート電極層を有するトレンチ型の半導体装置であり、
前記トレンチの深さと前記ゲートトレンチの深さとが同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-5 ,
The semiconductor device is a trench type semiconductor device having a gate electrode layer embedded in a gate trench formed on one surface of the semiconductor substrate through a gate insulating layer in the cell portion,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the depth of the trench and the depth of the gate trench are the same.
前記半導体装置は、前記セル部に、前記半導体基体上にゲート絶縁層を介して形成されたゲート電極層を有するプレーナー型の半導体装置であり、
前記セル部におけるゲート電極層の厚さと、前記非トレンチ領域における前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層の厚さとが同じであることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-5 ,
The semiconductor device is a planar type semiconductor device having a gate electrode layer formed on the semiconductor substrate via a gate insulating layer in the cell portion,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness of the gate electrode layer in the cell portion is the same as the thickness of the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer in the non-trench region. .
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